香精香料微胶囊的研究新进展

微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术。所谓微胶囊,一般指以薄膜状聚合物壁壳包裹气态、液态或固态芯材的微型容器、包装物。微胶囊一般直径为1～1000μｍ。香精香料微胶囊是微胶囊技术中的一个分支,顾名思义,香精香料微胶囊指的是芯材为香精香料的微胶囊。由于形成微胶囊后物质有着许多独特的功能,引起了国内外科技工作者的极大兴趣。这种近50年才发展起来的新型技术已经得到广泛的实际应用并展现出良好的发展前景[1]。

1香精香料微胶囊的结构微胶囊是由芯材和壁材构成的。

芯材通常是气体、液体、固体材料。壁材可选用多种无机或有机材料,其中高分子材料最为常用。香精香料微胶囊的芯材为香精香料,是主体。另外,在芯材中还可以加入附加剂,控制香精香料分子的缓慢释放。主体与附加剂可混合囊化,也可分步囊化,这要依据具体情况而定。香精香料微胶囊的壁材可依芯材而定,其一般要求是材料性能稳定,无毒,无副作用,无刺激性,有配伍性,不影响香精香料的作用,并且有符合要求的粘度、渗透性、有一定强度和可塑性等。其多为天然、半合成、合成的高分子材料。

2香精香料微胶囊的制备方法

2.1喷雾干燥法喷雾干燥法是香精香料微胶囊制造方法中最为广泛采用的方法,用此法生产的微胶囊占总销售额的90%[2]。尽管已发展了多种风味物质微胶囊的方法,仍未能动摇其主导地位,这主要是因为这一方法方便、经济,使用的都是常规设备,产品颗粒均匀,且溶解性好。制备由芯材和壁材组成的混合液,再将此混合液喷雾化于热气流中,使溶剂或分散介质挥发,成膜材料固化,微胶囊便形成。由于液体物料被专用的雾化器雾化成无数个小液滴,这些液滴有很大的表面积,在热空气流中的干燥速度很快,几秒钟之内即可完成。在喷雾干燥过程中,液滴物料从热空气中吸收能量并迅速蒸发其所含的水分,这使得物料本身的温度始终较低,总是低于周围气流的温度。因此,喷雾干燥法特别适合于热敏性物料的干燥。喷雾干燥法的主要设备由干燥室和旋风分离器组成。

2.2喷雾冷凝法此法是将芯材分散于已液化的壁材中,利用喷雾法进行造粒,再借助外界条件使胶囊化颗粒固化。壁材为熔点在50～80℃的固体脂、单甘酯等。芯材颗粒要求必须很细而且形状规则,无尖锐的突起和棱角,否则不能被壁材包容。混合溶液必须不停搅拌,使芯、壁两材始终均匀混合,以防沉淀。另外,溶液的输送管要有保温或加热装置,使液料不至于中间凝固。要保证冷却室的温度低于壁材的熔点30℃,以保证产品有一定的机械强度。温度接近熔点时,颗粒变软,造成粉末相连,难于收集。该法有不少美国专利报道,如Ｔａｎ等人[3]用喷雾冷凝法一步就完成了香精香料微胶囊的制备。

2.3挤压法挤压法是一种新的加工方法,是在低温过程中进行的。此种方法对于热敏物质非常适用。其过程是将芯材分散到作为壁材的熔融的碳水化合物中,再将混合物排到吸水剂中,使其脱水、硬化、分离、干燥后成为产品。挤压法是目前最受推崇的香精香料的微胶囊方法[4]。将芯材物质分散于熔化了的糖类物质中,然后将其挤压通过一系列模具并进入脱水液体,这时糖类物质凝固变硬,同时将芯材物质包埋于其中,得到一种硬糖状的微胶囊产品,这便是挤压法生产的简单过程。

2.4空气悬浮法该法为美国的Ｄ.Ｅ.Ｗｕｒｓｔｅｒ教授发明,又称Ｗｕ

ｒｓｔｅｒ法。应用流化床将芯材粉末悬浮于空气中,接着把壁材溶液喷雾于流化床上,在气流作用下包敷于粉末表面的壁材溶液因溶剂挥发而成膜。此法仅适用于较大规模的生产,缺点是细粉不易被气流带走而造成损失,在干燥过程中,粒子之间相互碰撞,表面造成磨损。黄序[5]等用此法制备的肠溶性双岐杆菌微胶囊可避免药物对胃酸环境的破坏,增加口感,效果相当理想。

2.5界面聚合法界面聚合法又称相分离法,是50年代投入到商业生产的一种方法。其微胶囊过程可解释为:原来存在于水相中的聚合物分子,由于温度、ｐＨ、离子强度等环境因素的变化,而使其亲水/亲油性质发生变化,逐渐向分散的芯材油粒界面聚集,在界面沉积交联,和原来的水相分离,形成一个富含亲水胶体的相和一个含很少亲水胶体的相。在富含亲水胶体的相中,聚合物包敷着芯材,就形成了微胶囊[6,7]。界面聚合法生产的微胶囊具有控制释放的功能,因此它在制药、香料和一些其他工业中被广泛采用,是一种很具潜力的方法。

2.6共结晶法共结晶法到目前也许还只是实验室中讨论的方法。但随着人们对共结晶认识的加深,它仍存在着工业应用的美好前景。共结晶法制造香精香料微胶囊所用的壁材只有一种,即蔗糖。蔗糖从单一的一个很完整的单斜晶变成微小尺寸,无规则,聚集状的,增加了空隙和表面积的许多小晶体的聚集体,这一过程就是结晶。每一个小晶体大小为3-30μｍ,共结晶形成的多孔基质更有利于风味物质结合在其中。蔗糖用于壁材有以下几个特性:(1)价格便宜;(2)溶解迅速、产品清澈透明;(3)热稳定性好,无吸湿性;(4)在正常情况下货架寿命长。共结晶产品具有良好的外观,成圆形,能自由流动,而且不粘结,非常适合于糖果和制药工业[8]。

2.7油相分离法此法在香精香料微胶囊化中得到广泛应用,且成功地实现了商业化。其分离机理:以某种合适的有机溶剂溶解高分子壁材聚合物,加入水溶性心材调成三种互不相溶的化学相,然后通过絮凝剂或其他方法使三相体系中壁材相的溶解度下降而凝聚分离出来,从而实现壁材相凝聚[9]。包囊化前,芯材应以颗粒状态分散在聚合物溶液中,且在聚合物、溶剂、非溶剂中不溶解。而溶剂和非溶剂之间应该相互混溶。可以通过下面的三种方法实现油相分离:温度变化法、加入非溶剂法、加入能引起相分离的聚合物法。

2.8粉末床法粉末床法就是液滴球边沿上沾有被润湿的粉末,从而使清晰而固定的相分离现象持久存在。比如维生素Ａ微胶囊的制备:用500ｇ酪朊泡涨于3升水中,做成膜材料。调节ｐＨ值至7.5,然后将200ｇ维生素Ａ棕榈酸盐,300ｇ糊精和4ｇ抗氧化剂加入到上述溶液中。把等量明胶和葡萄糖混合,干燥,研磨成粉状并过200目筛,以此做粉末床。用离心喷雾器将上述混合液分散,生成的液滴落入粉末床上。将所得微胶囊干燥,并过筛分离。产品在室温下储藏60天,损失率小于5%[10]。

2.9环糊精法β-环糊精法是7个吡喃葡萄糖通过α-1-4糖苷键连接成的,具有环状分子结构的物质。它的分子成油饼形,具有中空的结构,它的中心具有疏水性,而外层则成亲水性。因此许多疏水性的风味物质、色素和维生素能取代它中心的水分子而和它强烈地络合。实验证明,β-环糊精法能防止由氧、光、热和挥发造成的风味损失,而且产品有如下优点:(1)产品稳定;(2)产品是流动性好的粉末;(3)良好的结晶性和不吸湿性;(4)可节省包装和储存费用;(5)生产上的经济性。β-环糊精法的缺点是:(1)载量低,一般为9%-14%;(2)能够包埋的风味物质的大小和极性受到限制,小分子链脂和酐不适合这一方法;(3)对一些